Прогрес дослідженьInGaAs фотодетектор
З експоненціальним зростанням обсягів передачі даних зв'язку, технологія оптичного з'єднання замінила традиційну технологію електричного з'єднання та стала основною технологією для високошвидкісної передачі даних з низькими втратами на середні та великі відстані. Як основний компонент оптичного приймального пристрою,фотодетектормає дедалі вищі вимоги до своєї високошвидкісної роботи. Серед них хвилеводно-зв'язані фотодетектори мають невеликі розміри, високу пропускну здатність та легко інтегруються в мікросхему з іншими оптоелектронними пристроями, що є предметом досліджень високошвидкісного фотодетектора. Вони є найбільш репрезентативними фотодетекторами в ближньому інфрачервоному діапазоні зв'язку.
InGaAs є одним із ідеальних матеріалів для досягнення високої швидкості тависокочутливі фотодетекториПо-перше, InGaAs – це напівпровідниковий матеріал із прямою забороненою зоною, ширина якого може регулюватися співвідношенням між In та Ga, що дозволяє виявляти оптичні сигнали різних довжин хвиль. Серед них In0.53Ga0.47As ідеально відповідає ґратці підкладки InP та має дуже високий коефіцієнт поглинання світла в смузі оптичного зв'язку. Він є найбільш широко використовуваним для виготовлення фотодетекторів, а також має найвидатніші характеристики темнового струму та чутливості. По-друге, як матеріали InGaAs, так і InP мають відносно високі швидкості дрейфу електронів, причому їх насичені швидкості дрейфу електронів становлять приблизно 1×107 см/с. Тим часом, під дією певних електричних полів, матеріали InGaAs та InP демонструють ефекти перевищення швидкості електронів, причому їх швидкості перевищення досягають 4×107 см/с та 6×107 см/с відповідно. Це сприяє досягненню вищої смуги пропускання. Наразі фотодетектори InGaAs є найпоширенішими фотодетекторами для оптичного зв'язку. Також були розроблені менші за розміром, детектори поверхневого падіння зі зворотним падінням та широкосмуговими детекторами, які в основному використовуються в таких застосуваннях, як висока швидкість та висока насиченість.
Однак, через обмеження методів їхнього з'єднання, детектори поверхневого падіння важко інтегрувати з іншими оптоелектронними пристроями. Тому, зі зростанням попиту на оптоелектронну інтеграцію, хвилеводно-зв'язані фотодетектори InGaAs з відмінними характеристиками та придатними для інтеграції поступово стали предметом досліджень. Серед них, комерційні модулі фотодетекторів InGaAs з частотою 70 ГГц та 110 ГГц майже всі використовують хвилеводні структури зв'язку. Залежно від різниці в матеріалах підкладок, хвилеводно-зв'язані фотодетектори InGaAs можна розділити на два типи: на основі INP та на основі Si. Матеріал, епітаксіальний на підкладках InP, має високу якість і більше підходить для виготовлення високопродуктивних пристроїв. Однак, для матеріалів III-V групи, вирощених або зв'язаних на Si підкладках, через різні невідповідності між матеріалами InGaAs та Si підкладками, якість матеріалу або інтерфейсу є відносно низькою, і все ще існує значний простір для покращення продуктивності пристроїв.
У пристрої як матеріал області збіднення використовується InGaAsP замість InP. Хоча це певною мірою зменшує швидкість дрейфу насичення електронів, це покращує зв'язок падаючого світла з хвилеводу в область поглинання. Водночас, контактний шар N-типу InGaAsP видаляється, і з кожного боку поверхні P-типу утворюється невеликий зазор, що ефективно посилює обмеження світлового поля. Це сприяє досягненню пристрою вищої чутливості.
Час публікації: 28 липня 2025 р.